體外預應力加固研究現狀

（吉林建筑大學土木工程學院）

0 引言

隨著我國經濟快速發展，國際地位日益提高，交通運輸地位便日益顯著，其中隨著橋梁的結構形式的豐富，交通運輸量的不斷增加和時間的累積，且受當地環境因素等的影響，病害問題嚴重威脅著橋梁的承載能力，不能滿足橋梁的正常使用功能，同時阻礙了交通運輸的發展。舊橋危橋拆除后再重建是一項頗為繁瑣的工程,因此對原有橋梁進行體外預應力加固是使其保持正常使用狀態的有效方法。

預應力的概念最早起源于古代的應用，即以繩索或是鐵箍纏繞桶板做桶，直到1886年混凝土才開始應用這一原理。美國舊金山的P.H.Jackson獲得了混凝土拱內張緊港拉桿做樓板用的專利，這是預應力第一次應用在污工結構中。1888年德國的C.E.W.Doehring取得了用已施加拉力的鋼筋來加強樓板所能承受的荷載的專利。眾所周知，混凝土抗壓強度強，抗拉強度低，預拉鋼筋使混凝土產生的壓應力可抵消由恒載或活載在混凝土內產生的拉應力，然而由于混凝土的收縮和徐變，這些低值預應力將會損失。隨著鋼束防腐技術迅速發展，體外預應力對橋梁加固具有重要意義。體外預應力加固能夠提高橋梁結構的剛度、承載能力和抗裂性，同時使其具有良好的可靠度、工作性能和耐久性，以在實際中廣泛應用[1]。

1 體外預應力加固方法

Virlogeux.M在1988年針對簡支和連續體外預應力混凝土梁，采用塑性區鉸區長度的方法，分別研究了在正常使用極限狀態和承載能力狀態下的相關問題,并提出偏心距變化是由于預應力鋼筋為直線和主梁結構變化為非線性而產生的，同時提出利用塑性鉸公式推測在極限承載力時，預應力筋平均伸長量模型[2]。

1991年杜世生、葉見曙等通過假設在破壞階段最大彎矩截面附近形成的塑性區，理想化為一個鉸，同時把結構的變形看作是鉸所聯結的相鄰兩部分沿相反方向的轉動而產生的,提出關于體外預應力加固簡支梁的抗彎極限強度的計算方法，合理的反應了在加固后的實際承載力[3]。

1997年杜進生等提出的無粘結預應力筋極限應力計算公式,考慮了構件的截面形式、截面尺寸、跨長、材料強度及配比等因素的影響。同時，通過試驗認為等效塑性區長度與破壞截面中性軸的比值在構件受彎破壞時基本接近同一長度[4]。

2006年王壽生在動力學原理的前提下，建立了體外預應力混凝土簡支梁的橫向振動方程，同時由對Ayaho Miyamoto提出的公式的補充和修正，推出體外預應力混凝土簡支梁的自振頻率計算公式，對體外預應力梁的振動特性、耦合振動特性的相關性，及體外預應力梁從張拉到使用最后直至破壞的整個過程中的頻率變化規律進行研究，并且給出相應的計算方法[5]。

2006年胡志堅等考慮了錨具變形損失、摩阻損失、混凝土彈性壓縮損失等各項應力損失，提出了體外預應力損失的簡單估算方法[6]。

2015年王亞梅等在鋼筋混凝土T型梁橋梁底或側面設置預應力鋼絲束,其施加的初始應力以抵消原構件的部分自重應力,大幅度地提高了截面的承載能力，是一種比較新穎的加固方法[7]。

2 體外預應力加固效果

1998年徐棟等采用分層模型和條帶法編制的有限元非線性分析模型對體外預應力進行分析,有限元模型對材料非線性、幾何非線性及預應力材料的非線性之間的關系進行了充分考慮，同時對體外預應力在全加載過程中的變化也進行了充分分析。得出由于接縫處的剛體轉動使得節段施工法和整體施工法的結構力學性差別很大的結論[8]。

2004年熊學玉根據已有的計算方法，在對短期撓度進行計算的同時，考慮了預應力增量、二次影響、材料的非線性、混凝土收縮和徐變以及高溫等各因素之間的相互影響[9]。

2016年于天來等通過碳纖維筋體外預應力加固鋼混梁疲勞破壞試驗，發現上緣受壓區混凝土疲勞壓碎，而鋼筋及體外碳纖維筋均未斷裂[10]。

2016年邢國華等對鋁合金筋材料性能進行試驗研究，通過ANSYS建立鋁合金筋代替混凝土梁的體外預應力筋的受力模型，發現用等截面原則加固后梁，可以提高一定的延性、承載能力[11]。

3 結語

1.國內外大多學者都是從體外預應力使用性能、撓度、應力損失、極限承載能力等方面進行了相關研究,提出了相關簡化公式。

2.研究對象從體外預應力簡支梁到連續梁,從普通鋼筋到鋼絞線，對正截面抗剪、短期撓度計算等大量試驗數據的收集進行研究。

3.關于體外預應力橋梁加固的研究都著重關注提高加固后的承載能力，而關于體外防腐措施的研究較少，因此在該方面有更廣闊的研究前景。

[1]蔣偉,崔海. 體外預應力加固橋梁的荷載試驗評定研究[J]. 中外公路,2017,(02):85-88.

[2]Virlogeux,M.Nonlinear analysis of externally prestressed structures[A].Proc.symp,F é d é ration Intermationale de la Pr é contrainte(FIP)[C].Istale,1988.

[3]杜世生,葉見曙,賴國麟. 體外預應力筋加固梁橋后抗彎極限強度的計算[J].華東公路,1991,(04):25-29.

[4]杜進生,賴國麟. 無粘結部分預應力混凝土受彎構件正截面抗彎強度計算方法的研究[J]. 橋梁建設,1997,(03):15-19.

[5]王壽生. 體外預應力混凝土梁體系振動問題與正常使用性能研究[D].同濟大學,2006.

[6]胡志堅,胡釗芳. 實用體外預應力結構預應力損失估算方法[J]. 橋梁建設,2006,(01):73-75+82.

[7]王亞梅,蔣華,勾承成,王浩. 體外預應力加固T型梁橋的正截面抗彎承載力計算分析[J]. 四川建材,2015,(05):39-40.

[8]徐棟,項海帆. 體外預應力混凝土橋梁非線性分析[J]. 同濟大學學報(自然科學版),2000,(04):402-406.

[9]熊學玉,王壽生. 體外預應力混凝土梁撓度分析[J]. 工業建筑,2004,(07):12-15.

[10]于天來,劉興國,姚爽,穆罕默德馬蘇. 碳纖維筋體外預應力加固鋼筋混凝土梁的疲勞性能[J]. 吉林大學學報(工學版),2016,(06):1867-1873.

[11]邢國華,謝鵬宇,宋啟璽,劉伯權,吳濤. 鋁合金筋體外預應力加固混凝土梁受力性能研究[J]. 硅酸鹽通報,2016,(03):831-836.